[发明专利]一种制备锂电池电极用碳包覆多孔硅材料的方法

说明书

本发明公开一种制备锂电池电极用碳包覆多孔硅材料的方法，本发明结合了在硅材料上形成多孔结构和碳包覆硅这两种有效的方法制备了一种碳包覆多孔硅材料，有效的解决了硅电极材料所面临的问题。

技术领域

本发明涉及一种制备锂电池电极用碳包覆多孔硅材料的方法。

背景技术

目前，锂离子电池被认为是最具商业化价值的储能系统，因为其具有循环寿命长，质量轻，无记忆效应，环境友好等特点。但是，随着大型储能设施、电动汽车领域的快速发展，更高比容量，电池性能更优秀的锂离子电池的需求也越来越大。锂离子电池的主要组成部分包括正极、负极、电解液、隔膜等。其中，负极材料也是影响锂离子电池性能的重要因素之一。

在现有的负极材料中，硅材料具有最高的理论比容量(4200mAh/g)，是现在常用的商业化石墨材料的比容量(372mAh/g)十倍还要多。硅基材料由于自然界中储蓄丰富，环境友好以及高比容量等优点，被认为是最具应用前景的锂离子电池负极材料。然而，将硅基材料大规模商业化应用还面临着几个严重的问题。一方面，在充放电过程中，大量锂离子电池嵌入与脱出硅基材料，造成硅基材料发生巨大的体积变化(>300％)，不断反复的体积变化使得电极材料之间产生裂缝，甚至从集流体上脱落，从而导致电极材料之间以及电极材料与集流体之间失去电接触。最终导致电池容量的快速衰退。另一方面，硅材料的导电性不好，不能满足较大功率电池的要求。

在申请号为201610901161.7，发明名称为“一种高容量高稳定性的锂电池电极用硅碳复合纳米材料”中，公开的这种复合纳米材料由多孔硅和无定形碳材料组成。具体步骤为：第一步多孔硅基体的制备：将乙醇和有机硅混合均匀，在搅拌状态下加入无机酸水溶液，反应得到混合液A，制备硅酸盐水溶液并加入无机碱，反应后得到混合液B。分别将A、B混合液老化后离心、洗涤、干燥得到硅前驱体A、B,最后将A、B硅前驱体混合均匀，加入胶溶剂成型，干燥并煅烧后得到多孔硅基体。第二步，将碳源和二茂铁溶解在无水乙醇/水混合溶剂中，再将第一步得到的多孔硅基体加入其中，超声处理后放入反应釜中反应，将产物离心、洗涤、干燥后再放入反应炉中焙烧，最终得到硅碳复合纳米材料。这种方法得到的材料用于锂电池中虽然能得到好的性能，但反应过程复杂，且条件要求高不易于工业生产。

在申请号为201610214428.5，发明名称为“一种多孔硅碳复合材料及其制备方法与应用”中，公开具体步骤为：第一步多孔硅的制备：配制含过渡态金属盐的溶液，加入氨水调节PH，然后加入单质硅粉，再加入葡萄糖溶液搅拌24小时，得到表面有过渡金属颗粒沉积的硅粉，再将其分散在含氢氟酸和过氧化氢的混合液中，搅拌3～5小时，产物再分散于稀硝酸中反应后清洗、干燥得到多孔硅粉末。第二步：将苯二胺溶解在稀盐酸中，再加入第一步得到的多孔硅粉末，超声后加入亚硝酸钠反应4～12小时，反应产物清洗、干燥后再放入反应炉中烧结得到多孔硅碳复合材料。这种方法虽然比较简单，但得到的材料应用于锂离子电池负极性能改善不明显，还有很大的进步空间。

所以以硅材料作为锂离子电池负极组装成的电池，主要面临两个问题，一个是锂离子不断嵌入脱出硅颗粒，使得它体积变化巨大，另一个是硅材料导电性差的问题。目前常用的制备硅材料的方法主要是通过球磨，镁热还原法等方法制备纳米级的硅，但是这样的方法成本高，且纳米级硅易氧化所以制备条件苛刻，同时硅的导电性差的问题依然没有解决。

发明内容

为解决以上现有技术存在的问题，本发明提出了一种操作简单，成本低的制备锂电池电极用碳包覆多孔硅材料的方法来改善硅材料导电性差，体积膨胀严重等问题，并且获得高比容量、循环性好的锂离子电池电极用负极材料。

本发明可通过以下技术方案予以实现：

1.一种制备锂电池电极用碳包覆多孔硅材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将粒径1～20um的硅粉作为原料，先进行预处理，然后超声，最后干燥备用；